(2013?無(wú)錫一模)天然氣、煤炭氣(CO、H2)的研究在世界上相當(dāng)普遍.其中天然氣和二氧化碳可合成二甲醚,二甲醚與水蒸氣制氫氣作為燃料電池的氫能源,比其他制氫技術(shù)更有優(yōu)勢(shì).主要反應(yīng)為:
①CH3OCH3(g)+H2O(g)?2CH3OH(g);△H=37kJ?mol-1
②CH3OH(g)+H2O(g)?3H2(g)+CO2(g);△H=49kJ?mol-1
③CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g);△H=41.3kJ?mol-1
其中反應(yīng)③是主要的副反應(yīng),產(chǎn)生的CO對(duì)燃料電池Pt電極有不利影響.
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)二甲醚可以通過(guò)天然氣和CO2合成制得,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
3CH4+CO2-→2CH3OCH3
3CH4+CO2-→2CH3OCH3

(2)CH3OCH3(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為
CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135 kJ?mol-1
CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135 kJ?mol-1

(3)下列采取的措施和解釋正確的是
ABD
ABD
(填字母).
A.反應(yīng)過(guò)程在低溫進(jìn)行,可減少CO的產(chǎn)生
B.增加進(jìn)水量,有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化,并減少CO的產(chǎn)生
C.選擇在高溫具有較高活性的催化劑,有助于提高反應(yīng)②CH3OH的轉(zhuǎn)化率
D.體系壓強(qiáng)升高,雖然對(duì)制取氫氣不利,但能減少CO的產(chǎn)生
(4)煤炭氣在一定條件下可合成燃料電池的另一種重要原料甲醇,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H<0.現(xiàn)將10mol CO與20mol H2置于密閉容器中,在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇,CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示.
①自反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間tA
大于
大于
tB(填“大于”“小于”或“等于”).
②A、C兩點(diǎn)的平衡常數(shù)KA
大于
大于
KC(填“大于”“小于”或“等于”).
(5)某工作溫度為650℃的熔融鹽燃料電池,是以鎳合金為電極材料,負(fù)極通入煤炭氣(CO、H2),正極通入空氣與CO2的混合氣體,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質(zhì).
請(qǐng)寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式:
O2+4e-+2CO2═2CO32-
O2+4e-+2CO2═2CO32-
分析:(1)依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式;
(2)依據(jù)熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到;
(3)A、①②③都是吸熱反應(yīng),低溫進(jìn)行平衡逆向進(jìn)行,一氧化碳量減少;
B、增加水量,①得到促進(jìn),③得到抑制;
C、催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率,不能改變化學(xué)平衡;
D、壓強(qiáng)增大,②平衡逆向進(jìn)行,氫氣量減小,同時(shí)③反應(yīng)逆向進(jìn)行減小一氧化碳的產(chǎn)生;
(4)①依據(jù)圖象變化曲線分析,B點(diǎn)轉(zhuǎn)化率大于A點(diǎn),需要時(shí)間短;
②AC兩點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同,溫度越高平衡逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)越;
(5)依據(jù)原電池原理應(yīng)用分析判斷電極和電極反應(yīng);正極是氧氣得到電子.
解答:解:(1)二甲醚可以通過(guò)天然氣和CO2合成制得,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:3CH4+CO2-→2CH3OCH3,故答案為:3CH4+CO2-→2CH3OCH3;
(2)①CH3OCH3(g)+H2O(g)?2CH3OH(g)△H=37kJ?mol-1;
②CH3OH(g)+H2O(g)?3H2(g)+CO2(g)△H=49kJ?mol-1
③CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=41.3kJ?mol-1;
依據(jù)蓋斯定律①+②×2得到,CH3OCH3(g)與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為:CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135 kJ?mol-1;
故答案為:CH3OCH3(g)+3H2O(g)?6H2(g)+2CO2(g)△H=135 kJ?mol-1
(3)A.反應(yīng)①②③是吸熱反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程在低溫進(jìn)行,化學(xué)平衡逆向進(jìn)行,一氧化碳減少,可減少CO的產(chǎn)生,故A正確;
B.增加進(jìn)水量,對(duì)反應(yīng)①起到促進(jìn)作用,對(duì)③起到抑制作用,所以有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化,并減少CO的產(chǎn)生,故B正確;
C.選擇在高溫具有較高活性的催化劑,加快反應(yīng)速率,但不能改變化學(xué)平衡,不能提高反應(yīng)②CH3OH的轉(zhuǎn)化率,故C錯(cuò)誤;
D.體系壓強(qiáng)升高,對(duì)反應(yīng)②反應(yīng)逆向進(jìn)行,對(duì)制取氫氣不利,二氧化碳和氫氣量減小,對(duì)反應(yīng)③逆向進(jìn)行,能減少CO的產(chǎn)生,故D正確;
故答案為:ABD;
(4)反應(yīng)開(kāi)始至平衡,依據(jù)圖象分析可知一氧化碳轉(zhuǎn)化率在B點(diǎn)轉(zhuǎn)化率大于A點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率,反應(yīng)速率快,需要時(shí)間短,所以tA>tB;AC點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同,但C點(diǎn)溫度高于A點(diǎn),化學(xué)平衡是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向進(jìn)行,C點(diǎn)的平衡常數(shù)小于A點(diǎn);即KA>KC,故答案為:大于;大于;
(5)負(fù)極通入煤炭氣(CO、H2),正極通入空氣與CO2的混合氣體,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質(zhì),正極反應(yīng)的電極反應(yīng)為:O2+4e-+2CO2═2CO32-,
故答案為:O2+4e-+2CO2═2CO32-
點(diǎn)評(píng):本題考查了蓋斯定律和熱化學(xué)方程式的計(jì)算應(yīng)用,化學(xué)平衡的影響因素和化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷,原電池電極反應(yīng)的是些方法,圖象分析,平衡常數(shù)的大小判斷是解題關(guān)鍵,題目難度中等.
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